4.5牛頓定律的應(yīng)用（原卷版）-2022-2023學(xué)年高一物理備課必備講義（人教2019必修第一冊(cè)）

第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系4.5牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用課標(biāo)要求素養(yǎng)要求課標(biāo)解讀1.熟練掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的思路和方法.2.理解加速度是解決兩類(lèi)動(dòng)力學(xué)基本問(wèn)題的橋梁．1．物理觀念：①知道動(dòng)力學(xué)的兩類(lèi)基本問(wèn)題。②會(huì)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)情況分析。2．科學(xué)思維：掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解決問(wèn)題的基本思路和方法。3．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：初步體會(huì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響，培養(yǎng)應(yīng)用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)。教材原句01牛頓第二定律確定了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，使我們能夠把物體的運(yùn)動(dòng)情況與受力情況聯(lián)系起來(lái)。如果已知物體的受力情況，可以由牛頓定律求出物體的加速度，再通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律確定物體的運(yùn)動(dòng)情況。自主思考判斷下列說(shuō)法是否正確。(1)根據(jù)物體加速度的方向可以判斷物體所受合外力的方向。()(2)根據(jù)物體加速度的方向可以判斷物體受到的每個(gè)力的方向。()教材原句02如果已知物體的運(yùn)動(dòng)情況，可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求出物體的加速度，結(jié)合受力分析，再根據(jù)牛頓第二定律求出力。自主思考判斷下列說(shuō)法是否正確。(3)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化情況是由它的受力所決定的。()(4)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化情況是由它對(duì)其他物體的施力情況決定的。()探究點(diǎn)01已知物體的受力分析運(yùn)動(dòng)情況情境探究玩滑梯是小孩非常喜歡的活動(dòng)，如果滑梯的傾角為θ，一個(gè)小孩從靜止開(kāi)始下滑，小孩與滑梯間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，滑梯長(zhǎng)度為L(zhǎng)，怎樣求小孩滑到底端的速度和需要的時(shí)間？探究歸納從受力確定運(yùn)動(dòng)情況1．基本思路分析物體的受力情況，求出物體所受的合力，由牛頓第二定律求出物體的加速度；再由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式及物體運(yùn)動(dòng)的初始條件確定物體的運(yùn)動(dòng)情況．2．流程圖【探究應(yīng)用1】如圖所示，質(zhì)量為m＝7.2kg的物體在拉力F的作用下在水平面上以3m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)，已知拉力F＝15N，且與水平方向夾角θ＝53°(sin53°＝0.80，cos53°＝0.60)，重力加速度g取10m/s2，求：(1)物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)撤去拉力F后，物體繼續(xù)滑動(dòng)過(guò)程中加速度的大??；(3)撤去拉力F后1.0s的時(shí)間內(nèi)，物體滑行的距離?！具w移應(yīng)用1】如圖所示，小孩與冰車(chē)的總質(zhì)量為30kg，靜止在冰面上．大人用與水平方向夾角為θ＝37°、F＝60N的恒定拉力，使其沿水平冰面由靜止開(kāi)始移動(dòng)．已知冰車(chē)與冰面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.05，重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(1)小孩與冰車(chē)的加速度的大?。?2)冰車(chē)運(yùn)動(dòng)3s時(shí)的位移的大??；(3)冰車(chē)運(yùn)動(dòng)5s時(shí)的速度大小．探究點(diǎn)02已知物體的運(yùn)動(dòng)分析受力情況情境探究2022年2月7日，在北京冬奧會(huì)單板滑雪比賽項(xiàng)目中，蘇翊鳴奪得男子坡面障礙技巧賽的銀牌。其在練習(xí)滑雪時(shí)的照片如圖所示。(1)知道在下滑過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間；(2)知道在下滑過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)位移。結(jié)合上述情況討論：由物體的運(yùn)動(dòng)情況確定其受力情況的思路是怎樣的？探究歸納從運(yùn)動(dòng)情況確定受力1．基本思路分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出物體的加速度，再由牛頓第二定律求出物體所受的合力；再分析物體的受力，求出物體受到的作用力．2．流程圖【探究應(yīng)用2】第24屆冬奧會(huì)于2022年2月4日在北京和張家口舉行．如圖甲所示為一位滑雪愛(ài)好者，人與裝置的總質(zhì)量為50kg，在傾角為37°的雪坡上，以2m/s的初速度沿斜坡勻加速直線(xiàn)滑下．他運(yùn)動(dòng)的v－t圖像如圖乙所示．g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(1)滑雪者受到雪面的支持力大??；(2)滑雪者受到的阻力大?。具w移應(yīng)用2】圖甲為一風(fēng)力實(shí)驗(yàn)示意圖，開(kāi)始時(shí)，質(zhì)量為m＝1kg的小球穿在固定且足夠長(zhǎng)的水平細(xì)桿上，并靜止于O點(diǎn)，現(xiàn)用沿桿向右的恒定風(fēng)力F作用于小球上，經(jīng)時(shí)間t1＝0.4s后撤去風(fēng)力，小球沿細(xì)桿運(yùn)動(dòng)的v－t圖像如圖乙所示。試求：(1)小球沿細(xì)桿滑行的距離s；(2)小球與細(xì)桿之間的摩擦力f的大??；(3)風(fēng)力F的大小。探究點(diǎn)03多過(guò)程問(wèn)題分析探究歸納1．問(wèn)題介紹：當(dāng)題目給出的物理過(guò)程較復(fù)雜，由多個(gè)過(guò)程組成時(shí)，要明確整個(gè)過(guò)程由幾個(gè)子過(guò)程組成，將過(guò)程合理分段，找到相鄰過(guò)程的聯(lián)系點(diǎn)并逐一分析每個(gè)過(guò)程。聯(lián)系點(diǎn)：前一過(guò)程的末速度是后一過(guò)程的初速度，另外還有位移關(guān)系等。2．注意問(wèn)題：由于不同過(guò)程中力發(fā)生了變化，所以加速度也會(huì)發(fā)生變化，所以對(duì)每一個(gè)過(guò)程都要分別進(jìn)行受力分析，分別求加速度。3．解題關(guān)鍵：對(duì)于多過(guò)程問(wèn)題，關(guān)鍵是分析和求解運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的速度?！咎骄繎?yīng)用3】如圖所示，一足夠長(zhǎng)的斜面傾角θ為37°，斜面BC與水平面AB平滑連接，質(zhì)量m＝2kg的物體靜止于水平面上的M點(diǎn)，M點(diǎn)與B點(diǎn)之間的距離L＝9m，物體與水平面和斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ＝0.5，現(xiàn)物體受到一水平向右的恒力F＝14N作用，運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)時(shí)撤去該力，(sin37°＝0.6，取g＝10m/s2)則：(1)物體在恒力F作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度是多大？(2)物體到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度是多大？(3)物體沿斜面向上滑行的最遠(yuǎn)距離是多少？【遷移應(yīng)用3】某滑雪愛(ài)好者在如圖所示的軌道上滑雪，軌道由傾斜部分和水平部分組成，兩部分交界處有一段小圓弧平滑連接。已知傾斜滑道的傾角為θ，滑雪板與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，滑雪者從傾斜軌道上A點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑，重力加速度大小為g。若已知滑雪者從開(kāi)始下滑至停止滑行的總路程為s，求該人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大速度vm。學(xué)業(yè)合格練1．（2022·全國(guó)·高一課時(shí)練習(xí)）第五代制空戰(zhàn)機(jī)“殲-20”具備高隱身性、高機(jī)動(dòng)性能力，為防止極速提速過(guò)程中飛行員因缺氧暈厥，“殲-20”新型的抗荷服能幫助飛行員最大承受9倍重力加速度（指飛機(jī)的加速度）。假設(shè)某次垂直飛行測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，“殲-20”加速達(dá)到后離地，而后開(kāi)始豎直向上飛行試驗(yàn)，該飛機(jī)在內(nèi)勻加速到，勻速飛行一段時(shí)間后到達(dá)最大飛行高度。假設(shè)加速階段所受阻力恒定，約為重力的，取。已知該“殲-20”質(zhì)量為20噸，忽略戰(zhàn)機(jī)因油耗等導(dǎo)致質(zhì)量的變化。下列說(shuō)法正確的是（

）A．本次飛行測(cè)試的勻速階段運(yùn)行時(shí)間為B．加速階段系統(tǒng)的推力為C．加速階段飛行員已經(jīng)暈厥D．飛機(jī)在勻速階段爬升高度為2．（2022·全國(guó)·高一課時(shí)練習(xí)）如圖所示，質(zhì)量不相等的A、B兩個(gè)物塊以大小相同的初速度在水平地面上同時(shí)相向運(yùn)動(dòng)，結(jié)果兩個(gè)物塊同時(shí)到達(dá)它們最初位置連線(xiàn)的中點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是（）A．質(zhì)量大的物塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度大B．質(zhì)量大的物塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度小C．兩物塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同D．到達(dá)中點(diǎn)時(shí)，質(zhì)量大的物塊的速度大3．（2022·全國(guó)·高一課時(shí)練習(xí)）如圖甲所示，一質(zhì)量為m的滑塊放在粗糙的水平面上，滑塊與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。現(xiàn)給滑塊一水平向右的初速度v0=6m/s，同時(shí)給滑塊一水平向左的恒力F=4N，若以滑塊的出發(fā)點(diǎn)為原點(diǎn)，取向右的方向?yàn)檎较颍陔娔X上描繪出滑塊速度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示，取g=10m/s2下列說(shuō)法正確的是（

）A．滑塊的質(zhì)量為4kgB．滑塊與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2C．3s末滑塊返回到出發(fā)點(diǎn)D．4s末滑塊加速度大小為1m/s24．（2022·全國(guó)·高一課時(shí)練習(xí)）假設(shè)撐竿跳高運(yùn)動(dòng)員從最高處到墊子的高度差為h=5.0m，從接觸海綿墊子到速度為0的整個(gè)過(guò)程用時(shí)約為0.2s，該過(guò)程可視為勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)過(guò)程忽略空氣阻力，g取10m/s2。則下列說(shuō)法正確的是（）A．運(yùn)動(dòng)員接觸海綿墊子時(shí)的速度大小為2m/sB．運(yùn)動(dòng)員自由下落時(shí)間約為2.0sC．從接觸海綿墊子到速度為0，運(yùn)動(dòng)員的加速度大小為50m/s2D．海綿墊子受到的平均作用力是運(yùn)動(dòng)員體重的4倍5．（2022·全國(guó)·高一課時(shí)練習(xí)）行車(chē)過(guò)程中，如果車(chē)距不夠，剎車(chē)不及時(shí)，汽車(chē)將發(fā)生碰撞，車(chē)?yán)锏娜丝赡苁艿絺?，為了盡可能地減輕碰撞引起的傷害，人們?cè)O(shè)計(jì)了安全帶，假定乘客質(zhì)量為70kg，汽車(chē)車(chē)速為90km/h，從踩下剎車(chē)到完全停止需要的時(shí)間為5s。則安全帶對(duì)乘客的作用力大小約為（不計(jì)人與座椅間的摩擦）（）A．450N B．400N C．350N D．300N6．（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）如圖所示為位于水平面上的小車(chē)，固定在小車(chē)上的支架的斜桿與豎直桿的夾角為θ，在斜桿下端固定有質(zhì)量為m的小球，重力加速度為g。現(xiàn)使小車(chē)以加速度a向右做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是（）A．桿對(duì)小球的彈力一定豎直向上B．桿對(duì)小球的彈力一定沿桿向上C．桿對(duì)小球的彈力大小為mgD．桿對(duì)小球的彈力大小為F＝7．（2021·上?！じ咭徽n時(shí)練習(xí)）物體A的質(zhì)量為1kg置于水平地面上，物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。從t=0開(kāi)始物體以一定的初速v0向右滑動(dòng)的同時(shí)，受到一個(gè)水平向左的恒力F=1N的作用，則反映物體受到的摩擦力隨時(shí)間變化的圖象是圖中的哪一個(gè)（取向左為正方向，g=10N/kg）（）A． B．C． D．8．（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）冰壺比賽是我國(guó)2022年冬奧會(huì)預(yù)計(jì)奪牌的比賽項(xiàng)目之一，其原理可以簡(jiǎn)化為將冰壺送到預(yù)期的位置。若某回合運(yùn)動(dòng)員想將冰壺送到與出手點(diǎn)相距的目標(biāo)位置，該運(yùn)動(dòng)員正對(duì)目標(biāo)位置，以大小為的初速度將冰壺推出，冰壺和冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.02，發(fā)現(xiàn)冰壺沒(méi)有按預(yù)期到達(dá)，于是運(yùn)動(dòng)員從冰壺運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，沿冰壺原來(lái)運(yùn)動(dòng)的路線(xiàn)用毛刷摩擦冰面，使冰壺和冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的一半，取重力加速度大小。若冰壺以原來(lái)的速度推出，恰好到達(dá)目標(biāo)位置，則運(yùn)動(dòng)員用毛刷摩擦冰面的距離為（）A． B． C． D．9．（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）《流浪地球》在“2020國(guó)防軍事電影盛典”系列活動(dòng)中，被選送作為2021年全民國(guó)防教育萬(wàn)映計(jì)劃重點(diǎn)推介影片，向社會(huì)各界特別是廣大青少年學(xué)生、基層部隊(duì)官兵推薦。故事設(shè)定中，人類(lèi)居住在深度為5km左右的地下城中，乘坐升降機(jī)需要15min到達(dá)地面，若此升降機(jī)勻加速過(guò)程中的加速度是勻減速過(guò)程中的加速度的2倍，且最大運(yùn)行速度為6.2m/s。下列說(shuō)法正確的是（）A．上升過(guò)程中變速運(yùn)動(dòng)時(shí)間與勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比約為1：5B．勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速度大小約為C．若此升降機(jī)沒(méi)有最大運(yùn)行速度限制，則將人運(yùn)送到地面的最短時(shí)間約為9minD．若此升降機(jī)沒(méi)有最大運(yùn)行速度限制，則將人運(yùn)送到地面過(guò)程中的最大速度約為9m/s10．（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）2020年12月3日23時(shí)10分，嫦娥五號(hào)上升器3000N發(fā)動(dòng)機(jī)工作約6分鐘，成功將攜帶樣品的上升器送入到預(yù)定環(huán)月軌道，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次飛行器在地外天體起飛。假設(shè)上升器在起飛后的某段時(shí)間內(nèi)的飛行方向與水平面成θ角，且速度在不斷增大，如圖所示。此段時(shí)間發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣方向可能（）A．沿1的方向 B．沿2的方向C．沿3的方向 D．沿4的方向?qū)W業(yè)等級(jí)練11．（多選）（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）滑雪是冬奧會(huì)的比賽項(xiàng)目之一，如圖所示的滑雪軌道是由光滑的斜直軌道和光滑的水平軌道組成，兩軌道平滑連接，t=0時(shí)相距10m的甲、乙兩運(yùn)動(dòng)員（無(wú)動(dòng)力，空氣阻力可忽略不計(jì)）均以v0=10m/s向左運(yùn)動(dòng)，隨后兩運(yùn)動(dòng)員相繼滑上傾角為30°的足夠長(zhǎng)的斜直軌道，取g=10m/s2，則下列說(shuō)法正確的是（）A．甲運(yùn)動(dòng)員滑上斜直軌道后的加速度大小為5m/s2B．乙運(yùn)動(dòng)員剛要滑上斜直軌道時(shí)，甲運(yùn)動(dòng)員在斜直軌道上運(yùn)動(dòng)的位移為8.5mC．乙運(yùn)動(dòng)員剛要滑上斜直軌道時(shí)，甲運(yùn)動(dòng)員的速度大小為5m/sD．甲運(yùn)動(dòng)員滑上斜直軌道后再經(jīng)過(guò)2s兩運(yùn)動(dòng)員相遇12．（多選）（2023·全國(guó)·高一課時(shí)練習(xí)）如圖甲所示，物塊的質(zhì)量m＝1kg，初速度v0＝10m/s，在一水平向左的恒力F作用下從O點(diǎn)沿粗糙的水平面向右運(yùn)動(dòng)，某時(shí)刻F突然反向，大小不變，整個(gè)過(guò)程中物塊速度的平方隨位置坐標(biāo)變化的關(guān)系圖像如圖乙所示，g＝10m/s2。下列說(shuō)法中正確的是（）A．0~5m內(nèi)物塊做勻減速運(yùn)動(dòng)B．在t＝1s時(shí)刻，恒力F反向C．恒力F大小為10ND．物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.313．（多選）（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）如圖所示，一傾角為的斜面固定在水平地面上，斜面長(zhǎng)為，斜面頂部有一長(zhǎng)為的電動(dòng)平板車(chē)，車(chē)頭朝下，車(chē)尾與斜面頂部齊平，平板車(chē)上表面與斜面平行，車(chē)尾部放一可看成質(zhì)點(diǎn)的滑塊，滑塊與電動(dòng)平板車(chē)之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，現(xiàn)讓平板車(chē)與滑塊一起以的初速度沿斜面向下運(yùn)動(dòng)。設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度取，下列說(shuō)法正確的是（）A．若電動(dòng)平板車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)，則滑塊下滑的加速度大小為B．若電動(dòng)平板車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)，則經(jīng)過(guò)時(shí)間滑塊從車(chē)上滑下C．若電動(dòng)平板車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng)，且滑塊在平板車(chē)滑入水平地面前不從車(chē)上滑下，則平板車(chē)車(chē)頭到達(dá)斜面底端的最短時(shí)間D．若電動(dòng)平板車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng)，為保證滑塊在平板車(chē)滑入水平地面前不從車(chē)上滑下，則平板車(chē)加速度的大小應(yīng)滿(mǎn)足14．（多選）（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）如圖所示，有一傾角為37°、下端固定一彈性擋板的光滑斜面，擋板與斜面垂直.一長(zhǎng)木板質(zhì)量為M，下端距擋板的距離為L(zhǎng)，上端放有一質(zhì)量為m的小物塊，長(zhǎng)木板由靜止自由下滑，與擋板每次發(fā)生碰撞后均以原速率彈回，且每次碰撞的時(shí)間極短，小物塊和木板的運(yùn)動(dòng)始終與斜面平行.已知，長(zhǎng)木板上表面與小物塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，取，，重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力.則下列說(shuō)法正確的有（）A．長(zhǎng)木板第一次與擋板碰撞后的瞬間，小物塊的加速度大小為B．長(zhǎng)木板第一次與擋板碰撞后的瞬間，長(zhǎng)木板的加速度大小為C．若長(zhǎng)木板的長(zhǎng)度為10L，則第三次碰撞前小物塊已從長(zhǎng)木板上滑落D．若長(zhǎng)木板的長(zhǎng)度為10L，則第三次碰撞前小物塊仍沒(méi)有從長(zhǎng)木板上滑落沖刺“雙一流”15．（2022·全國(guó)·高一課時(shí)練習(xí)）如圖所示，離地面某高處有一圓管豎直放置，質(zhì)量M=2kg，管長(zhǎng)L=2.2m。一個(gè)質(zhì)量m=1kg的小球從圓管頂端由靜止釋放，先保持圓管靜止不動(dòng)，小球在管內(nèi)下落高度h=1m時(shí)獲得的速度為v=4m/s。從此刻開(kāi)始，對(duì)管施加一個(gè)豎直向下、大小為F=10N的恒定拉力，使管開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)。已知小球在管內(nèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中圓管一直在空中運(yùn)動(dòng)，小球在管內(nèi)所受的滑動(dòng)摩擦力大小處處相同，不計(jì)空氣阻力，g取10m/s2。求：（1）小球在管內(nèi)所受的滑動(dòng)摩擦力大小。（2）小球從被釋放到最終脫離圓管經(jīng)歷的總時(shí)間。16．（2022·全國(guó)·高一課時(shí)練習(xí)）風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中可產(chǎn)生方向、大小都可以調(diào)節(jié)控制的各種風(fēng)力。如圖所示為某風(fēng)洞里模擬做實(shí)驗(yàn)的示意圖。一質(zhì)量為1kg的小球套在一根固定的直桿上，直桿與水平面夾角θ為30°?，F(xiàn)小球在F=20N的豎直向